第十一章多孔材料
多孔材料的应用领域
多孔材料的应用领域多孔材料是指具有多个孔隙的材料，这些孔隙可以是微米级、纳米级乃至更小的尺度。
多孔材料因其具有高比表面积、高孔隙率、低密度和良好的扩散性能等特点，在各个领域具有广泛的应用。
1.催化剂：多孔材料的高比表面积和丰富的孔隙结构使其成为理想的催化剂载体。
多孔材料可以增加催化剂的活性位点，提高催化反应的速率和选择性。
常见的多孔材料催化剂载体包括氧化铝、硅胶、分子筛等。
2.吸附剂：多孔材料具有良好的吸附性能，广泛应用于气体和液体的吸附分离、储氢和储能等领域。
例如，活性炭是一种常见的多孔吸附材料，可以用于净化空气、水处理、废气处理等。
3.分离膜：多孔材料可以制备为薄膜，用于气体和液体的分离，包括气体分离、液体分离和离子分离等。
例如，多孔陶瓷膜广泛应用于液体过滤、纳滤和超滤等领域。
4.储能材料：由于多孔材料具有高表面积和丰富的孔隙结构，可以用于储存电荷和离子，因此可用作电池、超级电容器和燃料电池等储能设备的组成部分。
5.生物医学领域：多孔材料在生物医学领域有着广泛的应用，例如用于药物缓释、组织工程、骨修复和生物传感等。
多孔材料可以具备良好的生物相容性，并可以调控药物的释放速率和组织的生长。
6.监测与传感：多孔材料具有良好的扩散性能，可以用作传感器的感受层。
例如，氧气传感器常使用多孔氧化物材料作为传感层。
7.介质：多孔材料可用作隔热、隔音和阻尼材料。
多孔材料可以通过控制孔隙结构和孔隙分布来改变其隔热和隔音性能。
在汽车、建筑和航空航天等领域，多孔材料被广泛应用于隔热板、吸音板和减震材料等。
8.液体传递：多孔材料的孔隙结构可以调控流体的传递性能，因此在液流调控领域有着重要的应用。
例如，多孔陶瓷材料可以用于液态微阀和微泵等微流控设备。
总的来说，多孔材料由于其独特的结构和性能，被广泛应用于催化、吸附、分离、储能、生物医学、传感、介质和液体传递等领域，正在不断地推动科学技术的发展。
多孔材料概述
多孔材料概述简介多孔材料是一种具有特殊结构的材料，其中包含许多微小的孔隙。
这些孔隙可以是以规则或不规则排列，大小和分布也各不相同。
多孔材料因其独特的性质和广泛的应用而备受关注。
本文将对多孔材料进行全面、详细、完整且深入地探讨。
多孔材料的分类根据孔隙大小，多孔材料可分为微孔材料和介孔材料。
微孔材料的孔隙尺寸通常在2纳米至50纳米之间，而介孔材料的孔隙尺寸可以达到50纳米至500纳米。
根据孔隙结构的形状和类型，多孔材料又可以分为连通孔、非连通孔、开放孔和闭合孔等。
多孔材料的制备方法制备多孔材料的方法多种多样。
下面列举几种常见的制备方法：模板法模板法是一种常用的多孔材料制备方法。
它使用具有孔隙结构的模板材料作为模板，在模板材料上沉积或浸渍其他材料，并经过烧结或溶解来得到多孔材料。
溶胶凝胶法溶胶凝胶法通过溶胶的凝胶化过程制备多孔材料。
首先，将溶胶中的固态颗粒进行分散，并形成胶体溶胶。
然后通过共聚或凝胶化反应使溶胶颗粒连接成网状结构，并形成凝胶。
最后，通过干燥和热处理去除模板剂和获得多孔材料。
碳化法碳化法是一种制备碳基多孔材料的方法。
通常使用金属有机化合物或聚合物作为碳源，在高温下进行热解或碳化反应。
这种方法可以在制备过程中控制孔隙大小和分布，并且可以通过后续处理改变材料的表面性质。
多孔材料的性质与应用多孔材料具有许多独特的性质，这些性质使其在各种领域有着广泛的应用。
下面介绍几个常见的应用领域：吸附材料由于多孔材料具有大量的表面积和高度发达的孔隙结构，因此它们在吸附材料领域具有重要的应用。
多孔材料可以用于气体分离、水处理、催化剂载体等方面。
储能材料多孔材料可以用于制备电池、超级电容器和储氢材料等储能器件。
由于多孔材料具有较高的比表面积和孔隙结构，这些材料具有较高的储能性能和快速的离子传递速度。
隔热材料多孔材料中的孔隙可以减少热传导，因此多孔材料常被用作隔热材料。
这些材料常用于建筑、航空航天和能源行业，以减少能量损失和提高系统效率。
多孔材料
多孔金属的制备
从20世纪初人类开始用粉末冶金方法制备多孔
金属材料算起，多孔金属的制造史已近百年。 所得产品的孔率从原来的百分之十几、二十几 到现在的可达98%以上的高孔率。
目前，已有很多制备多孔金属的工艺方法，其
多孔材料的类型
多孔材料的相对孔隙含量（即孔率，又称孔隙率
或孔隙度）是变化的。 根据孔径尺寸在2nm以下的称为微孔，2nm-50nm为 介孔，而在 50nm 以上的称为大孔。也可根据材料 分为多孔金属、多孔陶瓷、多孔塑料等。 另外根据孔率大小也可分为中低孔率材料和高孔 率材料，前者多为封闭型，后者则会呈现三种类 型：蜂窝材料、开孔泡沫材料、闭孔泡沫材料。
Ⅰ、二维蜂窝材料 Ⅱ、三维开孔泡沫材料 Ⅲ、三维闭孔泡沫材料
多孔材料的基本参量表征
多孔材料是由固相和通过固相形成的孔隙所组成
的复合体，它区别于普通密实固体材料的最显著 特点是具有有用的孔隙。
多孔材料最基本的参量是直接表征其孔隙性状的
指标，如孔率 、孔径、比表面积等。另外多孔 材料的性能也在很大程度上依赖于孔隙形貌、孔 隙尺寸及其分布。
总的来说，目前汽车工业中用量最大的多孔金属材料
在航天、建筑业、铁道业、造船业等领域的应
用也都是利用多孔金属的以上种种优点；
除了上述工程应用外，多孔金属材料还有另外
一些用途，如以金、银为基体的泡沫金属具有 美丽的外观，可考虑作为潜在的新型轻质珠宝 饰物；泡沫铝用来制造奇特的家具、时钟和灯 具等。
X p0 p
XMC
X M Cp0
流体透过法
透过法是通过测量流体透过多孔体的阻力来测算比
表面积的一种方法，其中用的较多的是气体。
在层流条件下，将多孔材料中的孔道视为毛细管通
多孔材料原理
多孔材料原理
多孔材料是一种具有特殊结构的材料，其内部存在着许多微小的孔洞。
这些孔洞的大小和形状可以根据要求进行调整，从而使多孔材料具有一些特殊的物理和化学性质。
多孔材料在许多领域中都有着广泛的应用，例如催化剂、吸附剂、分离膜、传感器等。
多孔材料的原理主要与其孔洞的结构和性质有关。
孔洞的大小和形状对多孔材料的吸附、分离、传输等性质有着重要的影响。
一般来说，孔洞的大小越小，表面积就越大，从而使多孔材料的吸附能力、催化活性等性质得到提高。
而孔洞的形状则会影响多孔材料的分离、传输等性质。
例如，球形孔洞的多孔材料具有较好的流体传输性质，而棱柱形孔洞的多孔材料则具有较好的分离性质。
多孔材料的制备方法也有很多种，例如溶胶-凝胶法、氧化物沉淀法、模板法等。
这些方法都是基于不同的原理来制备多孔材料的。
例如，溶胶-凝胶法是通过将溶胶中的化学物质在凝胶中形成孔洞，在高温下进行烧结，得到多孔材料的方法。
而氧化物沉淀法则是通过沉淀化学反应来制备多孔材料的。
多孔材料的应用广泛，其中最为重要的应用之一就是催化剂。
多孔材料的孔洞结构可以提高催化剂的表面积，从而使其催化活性得到提高。
例如，许多重要的工业催化剂，如催化裂化催化剂、氧化还原催化剂等，都是利用多孔材料制备而成的。
此外，多孔材料还可
以用作吸附剂、分离膜、传感器等。
多孔材料是一种具有特殊结构的材料，在多个领域中都有着广泛的应用。
其制备方法和性质与孔洞的大小和形状有关，通过调整孔洞的结构和性质可以实现多种应用。
未来，多孔材料还将有更广泛的应用前景，成为材料科学领域的研究热点之一。
多孔材料的合成化学
保温隔热材料
多孔材料具有较高的气孔率和较低的基体导热系 数，所以这种材料具有很好的隔热保温效果。利 用多孔材料的这种优点可以将其用于各种防止热 辐射的场合，以及用于保温节能方面，因此从环 保和节能两方面来说都是有利的。 采用多孔材料建筑材料可以让房屋具有非常好的 保温隔热效果；航天器的热保护系统就广泛采用 了多孔材料
4.1 分子筛的转化机理
固相转变机理 液相转变机理 双相转变机理 液相中硅酸根与铝酸根离子的聚合反应 阳离子的模板效应
固相转变机理
固相转变机理也称之为固相机理，是指沸石晶化 过程总是伴随着无定形凝胶固相的形成，无定形 凝胶的结构重排成为沸石，液相不参与晶化过程。
简单的说，在晶化过程中既没有凝胶固相的溶解， 也没有液相直接参与沸石的成核与晶体生长。在 凝胶固相中，由于硅铝酸盐骨架缩聚、重排而导 致沸石的成核和晶体的生长。
消声器
多孔材料具有丰富的孔隙，当声波传播到多孔材 料上时，在网状的孔隙内引起空气的振动，进而 通过空气与多孔材料基体之间的摩擦，声波的能 量转变成热能而被消耗，从而达到消除噪声的 效果。 如：安装在汽车排气管中间的蜂窝状多孔材料， 用来减少汽车排气管的噪音。 一些新型建筑材料也广泛采用多孔泡沫陶瓷作为 墙体材料。
(2)复合分子筛
• 理想的材料是保持介孔结构的同时，又具 有沸石型孔壁结构的强酸性复合材料。具 有介孔和微孔结构的复合分子筛成为近年 来沸石研究人员颇感兴趣的一类新材料。
(3)定向设计合成
• 由于多孔材料具有特殊的性能，在催化材料和吸 附材料的应用方面显示出巨大的应用潜力。因此 对多孔材料的定向设计合成，具有重要的意义。 多孔材料的定向设计合成，首先要根据性能的要 求，设计出晶体的孔道模型，然后借结构孔道数 据库的帮助来选择和制订理想模型及其稳定存在 的条件，最后在借合成反应库的指导，选择合成 方案和修饰途径。
材料学中多孔材料的应用
材料学中多孔材料的应用材料学是一门研究材料的科学，通过对材料的组成、结构、性质、制备和性能等方面的研究，发展出一系列材料制备和改性的方法，为人类的工业生产提供了强大的支撑。
其中，多孔材料是材料学中一个非常重要的研究领域，因为它们具有特殊的结构和性能，被广泛应用于许多领域，包括能源、环境、医学、化学、电子等。
一、什么是多孔材料多孔材料是一种具有空隙或孔隙结构的材料，它们的空隙大小和形状可以控制。
多孔材料一般分为有机多孔材料和无机多孔材料。
有机多孔材料一般是由高分子材料组成的，例如聚合物、胶体、淀粉等，它们的孔径大小一般在纳米或微米级别；而无机多孔材料则是由无机材料组成的，例如金属、氧化物、硅化合物等，它们的孔径大小可以达到纳米级以下。
二、应用领域1.能源领域多孔材料在能源领域的应用主要是基于它们具有大的比表面积和高的孔隙率的特性。
例如在锂离子电池中，多孔材料可以作为电极材料的载体，提高电极的容量和充放电效率；在燃料电池中，多孔材料可以用于制备电解质膜和电极，提高燃料电池的性能和稳定性；在太阳能电池中，多孔材料可以作为散光层或反射层，提高太阳能电池的吸收效率和转换效率。
2.环境领域多孔材料在环境领域的应用主要是基于它们具有吸附和分离等特性。
例如在水处理中，多孔吸附材料可以用于去除水中的有害污染物，例如重金属、染料、农药等；在大气污染控制中，多孔材料可以用于去除气体中的有害气体，例如二氧化硫、一氧化碳、甲醛等；在生物医学领域中，多孔材料可以用于制备一些医用材料，例如药物传递系统、骨密度增强材料等。
3.化学领域多孔材料在化学领域的应用主要是基于它们具有大的表面积和高的孔隙度的特性。
例如在催化反应中，多孔材料可以作为载体或者配位基团，提高催化活性和选择性；在分子分离和分析中，多孔材料可以用于制备固相萃取柱和色谱柱，提高分离效率和选择性。
4.电子领域多孔材料在电子领域的应用主要是基于它们具有大的比表面积和高的孔隙度的特性。
多孔材料
铁镍合金、合金钢 不锈钢、超合金、不锈钢
碟状、角状 不规则
球形 球形 球形
100～600 较细、均匀
0.1～10 0.1～5 0.1～10 较细
不锈钢
粒状
还原法
气体还原 碳还原 金属热还原
惰性填料中 等离子体枪 垂直炉
钨、钼、铁、钴、镍 铁、钨 钽、铌、钛、鋯
铁、钴、镍 钽、钨、钼 钛、钼
铁钴合金，钨铼合金 钴镍合金
含油轴承
• 粉末冶金含油是一类孔隙中含浸有润滑油的多孔性合金制 品。当轴旋转时，因轴与含油轴承之间的摩擦使含油轴承 的温度升高和泵吸作用 。润滑油含渗出于含渗出于含油 轴承之内径或外径的摩擦表面，当轴停止转动时。润滑油 又回流于含油轴承内部。 因此，润滑油的消耗量是非常 的小，可在不从外部供给润滑油的情况下，长期运转使用。 非常适合于供油困难与避免润滑油污染的场合。
优点：
1、比滚珠轴承噪音小 2、震动小 3、制品简易 4、少量油汁飞溅损失，可长久无给油运转
5、减少后加工作业及即省材料浪费
6、多孔给油特性，不必特殊的给油设备 7、形状设计自由 8、可得到熔制金属无法制造的数种金属以及金属与非金属 复合体，适于大量生产，价格便宜。
3.2.2自润滑原理
• 轴承是支撑旋转轴的机械元件。可以分为 两大类。轴承的内径面与轴的轴面直接接 合，呈滑动摩擦的称为滑动轴承（sliding bearing）；通过滚珠或滚柱支撑轴进行旋 转的称为滚动轴承（rolling bearing）。烧 结含油轴承虽然属于前者，但该类轴承具 有一些特点。
3. 多孔材料
• 粉末冶金多孔材料:又称多孔烧结材料。由 球状或不规则形状的金属或合金粉末经成 型、烧结制成。材料内部孔道纵横交错、 互相贯通，一般有15％～60％的体积孔隙 度 ，孔径1～100微米。透过性能和导热、 导电性能好，耐高温 、低温，抗热震，抗 介质腐蚀。用于制造过滤器、多孔电极 、 灭火装置、防冻装置等。
多孔材料的结构与传热性能研究
多孔材料的结构与传热性能研究导语：多孔材料在工业制造、能源利用等领域有着广泛的应用。
多孔材料的结构对其传热性能有着重要影响，本文探讨了多孔材料的结构与传热性能之间的关系，并介绍了相关研究进展。
一、多孔材料的定义与分类多孔材料是指内部具有孔隙结构的材料，其孔隙可以是连通，也可以是局部孤立的。
常见的多孔材料有泡沫金属、海绵材料、沸石等。
根据孔隙的尺寸，可将多孔材料分为微孔材料和介孔材料。
二、多孔材料结构的表征多孔材料结构的表征方法主要有孔隙率、孔隙尺寸分布、孔隙形状等参数。
孔隙率是指多孔材料中孔隙占据的体积与总体积之比。
孔隙尺寸分布描述了多孔材料中孔隙尺寸的分布情况，一般通过孔隙度曲线进行表征。
孔隙形状对多孔材料的传热性能也有一定影响，常见的孔隙形状有球形、柱状等。
三、多孔材料的传热机理多孔材料的传热机理主要包括导热、对流和辐射传热。
导热是指热量通过材料内部的传递，它受多孔结构的影响较大。
对流传热是指通过多孔材料表面的流体传递热量，多孔结构会改变流体的流动性质，从而影响传热效果。
辐射传热是指热量通过辐射传递，多孔结构会影响材料的吸收、发射和散射特性。
四、多孔材料结构与传热性能研究进展1. 多孔材料结构的优化设计研究者通过改变多孔材料的孔隙尺寸、孔隙分布等参数，以优化多孔材料的传热性能。
例如，可以通过控制孔隙尺寸分布，来改变多孔材料的导热性能。
另外，研究者还通过增加多孔材料的表面积，提高热量的辐射传递效率。
2. 多孔材料的热物性研究多孔材料的热物性对其传热性能有着重要影响。
研究者通过实验测定多孔材料的热导率、热容等参数，以深入了解多孔材料在传热过程中的热特性。
3. 多孔材料的传热模型研究为了更好地预测多孔材料的传热性能，研究者建立了多种传热模型。
这些模型通过考虑多孔材料的结构特征，描述了传热过程中的各个因素对传热性能的影响，从而提高了传热模型的准确性。
五、多孔材料的应用前景与挑战多孔材料具有较高的比表面积和孔隙度，使其在能源储存、催化剂载体、隔声防护等领域有着广泛的应用。
第十一章 其他材料
判断题
1、多孔吸声的主要特性是轻质、多孔、且以 较细小的闭口孔隙为主。
2、材料受潮或冰冻后，其导热系数都降低。 3、一般来说，材料的孔隙率越大，导热系数
数越小。
4、绝热性能好的材料，其吸声性能也一定好。 5、不论寒冷还是炎热地区，其建筑物外墙均
应选用热容量大的墙体材料。 6、任何材料都可以不同程度地吸收声音。
料，适用作（ ）材料；具有开口细孔 的材料，适宜用作（ ）材料。
选择题
1、对装饰材料的质量要求，除满足功能需要 外，为了保证其装饰效果，还注意（ ） 方面。 A．材料的颜色、光泽、透明度 B．材料的表面组织 C．材料的形状尺寸 D．以上全部
2、以下何项不属于安全玻璃（ ）。
A.夹丝玻璃 B.平板玻璃
5、封闭孔隙多孔轻质材料最适用作（ ）
A．吸声 B．隔声
C．保温 D．防火
6、下列几种玻璃中（ ）不宜用于公共建 筑的天窗。
A．平板玻璃
B. 夹丝玻璃
C．夹层玻璃
D. 钢化玻璃
7、以下何种材料的比强度最低（ ）。 A.钢材 B.木材 C.塑料 D.混凝土
8、下列（ ）岩石属于变质岩。 A.花岗岩、玄武岩、辉长岩、闪长岩、辉绿 岩； B.石灰岩、砂岩； C.大理岩、片麻岩
C.夹层玻璃 D.钢化玻璃
3、使用墙面砖的主要目的是( )。
Ⅰ．免遭大气腐蚀 Ⅱ．免受机械损害
Ⅲ．使墙.柱具有更好的保温和隔热性能 Ⅳ．提高建筑物的艺术和卫生效果
A．Ⅰ.Ⅱ.Ⅲ C．Ⅰ.Ⅲ.Ⅳ
B．Ⅱ.Ⅲ.Ⅳ D．Ⅰ.Ⅱ.Ⅳ
4、关于玻璃的性能，以下何者不正确？ A．热稳定性好 B．在冲击作用下容易破碎 C．耐酸性强 D．耐碱性较差
7、大理石既可用于室内，也可用于室外。 8、花岗石是一种高档饰面材料，但某些花岗
多孔材料的制备和应用
多孔材料的制备和应用多孔材料是指孔洞直径分布在纳米或亚微米级别的材料。
由于它们的孔径非常小，具有大表面积和高孔隙度，可以广泛应用于吸附、分离、催化、传感和能源领域等许多方面。
因此，制备多孔材料并研究其性质和应用具有很大的实用价值。
一、制备多孔材料的方法制备多孔材料的基本方法围绕着两种主要思路，即模板法和非模板法。
模板法是一种通过外部途径构筑孔洞结构的制备方法。
它可以分为硬模板法和软模板法两种。
硬模板法是将模板材料（常见的有硅胶、碳和聚合物等）与溶胶（有机溶剂和无机物等）混合后，采用热处理、化学处理等方法处理制得。
软模板法在溶胶中加入一种辅助物质，然后通过加热或烘干将软模板去除，以达到得到多孔材料的目的。
软模板法制备的多孔材料具有良好的孔结构，不易破坏。
非模板法是一种从单一材料中直接制备多孔结构材料的方法。
常见的非模板法制备多孔材料的方法有：溶胶凝胶法、水热法、复合物沉淀法等。
溶胶凝胶法是将浓度较高的溶胶放置在合适的温度下进行热处理，使其中的成分交互作用发生变化，形成多孔结构。
水热法是一种将物质溶于水溶液中经过高温高压处理的方法。
它既可以保证制备出的材料纯度高，又可以控制孔洞的大小和数量。
二、多孔材料的应用1.吸附多孔材料由于具有大量孔隙，可以吸附大分子物质、气体等。
它们在有机污染物的吸附、废水处理、空气净化等方面具有很大的应用潜力。
2.分离由于多孔材料具有可调节的孔径和大表面积，可以用于分离混合物。
例如，在糖精和葡萄糖的分离过程中，制备的多孔材料可以对糖精进行选择性吸附，从而实现混合物的分离。
3.催化多孔材料还可以用于催化反应。
由于具有大的表面积和空隙，多孔材料可以提供更多的反应位点，为催化剂的稳定性和反应速率提供物理条件。
例如，制备的多孔金属材料可以用于氧化锌催化剂的制备。
4.传感多孔材料还可以被用作传感器。
通过调控其孔径和孔隙结构，可以在其表面进行化学修饰，实现对特定物质的识别。
例如，在DNA传感器中，使用的多孔材料可以通过特定的化学分子进一步实现对DNA目标分子的灵敏检测。
多孔材料的合成与应用
多孔材料的合成与应用多孔材料是指通过特殊合成方法制备出的具有较大的孔隙结构的材料。
这种材料在吸附、分离、催化等方面有广泛的应用前景。
本文将介绍几种常见的多孔材料及其合成方法、性质以及各自的应用。
一、金属有机骨架材料（MOFs）金属有机骨架材料（MOFs）是一种具有高度可调性的多孔材料。
其基本单元是由有机配体和金属离子组成的骨架结构。
这些骨架结构可以有效地控制气体吸附、分离、催化等方面的性质。
MOFs的合成方法种类繁多，包括溶液热合成、溶剂热合成、水热合成、溶剂挥发法等。
MOFs的应用包括：气体储存、气体分离、催化反应、传感器等。
二、介孔材料介孔材料是一种具有孔径在2~50纳米之间的多孔材料。
介孔材料的合成方法主要包括溶胶-凝胶法、后期合成法、硬模板法等。
介孔材料具有大的比表面积、优良的吸附性能和容易控制孔径等特点，因此被广泛应用于吸附、分离、催化等领域。
其中，介孔硅材料是目前应用最广泛的一种介孔材料。
三、纳米孔材料纳米孔材料的孔径在1~10纳米之间，表面积比介孔材料还要大。
纳米孔材料合成方法包括：电化学法、化学水解法、热解法等。
纳米孔材料具有很高的选择性和灵敏度，因此在催化、生物学、纳米电子学和光电子学等方面的应用被广泛研究。
典型的纳米孔材料有介孔金属硅酸盐、纳米碳管和纳米孔材料等。
四、纳米多孔材料纳米多孔材料是一种应用广泛的多孔材料。
它具有较小的粒径（通常在10~100纳米之间）和高度分化的孔道结构。
纳米多孔材料的合成方法包括：溶剂热法、水热合成、后期合成法等。
纳米多孔材料的应用包括：催化、传感器、药物传递、吸附等。
五、多孔材料在环境领域的应用多孔材料在环境领域有着广泛的应用前景。
如：纳米孔材料可用于水污染物的吸附和去除；介孔材料可用于气体催化处理等。
MOFs、纳米孔材料和纳米多孔材料等均可用于环境污染控制、温室气体捕获、水处理、污泥处理等领域。
六、结论多孔材料因其独特的孔道结构和优异的性质，成为当今材料科学研究的前沿领域。
材料科学研究——多孔材料的制备及应用
材料科学研究——多孔材料的制备及应用1.引言作为制造业和高科技工业的基础，材料科学一直处于高速发展之中。
多孔材料是一种具有很多空隙或孔隙的材料，它们在表面积、孔径、孔隙率等方面具有特殊的物理化学特性，可以应用在能源、环保、生物医学和新能源储存等领域。
2.多孔材料的制备2.1 物理法多孔材料的制备方法可以分为物理法、化学法和生物法。
物理法适用于一些易于制备材料和基础材料较为单一的多孔材料。
物理法主要有凝胶法、模板法、相转化法、溶剂挥发法等。
2.2 化学法化学法多用于制备高级多孔材料，具有很高的可控性。
常见的化学法制备多孔材料有溶胀法、氧化物转化法、模板法、微乳液法、溶胶-凝胶法等。
2.3 生物法生物法是通过模仿生物体内食物颗粒的自组装机能来制备多孔材料，生物法制备的多孔材料在生物医学、环保以及催化剂等领域具有很多应用。
3.多孔材料的应用3.1 催化剂多孔材料的高比表面积、孔径和孔隙率为其在催化剂领域的应用提供了广泛的可能性。
多孔材料可以成为高效催化剂的载体，提高催化剂的稳定性和效率。
例如，金属-有机骨架材料是一种新型的多孔材料，它在催化剂领域的研究和应用具有很高的潜力。
3.2 电池材料多孔材料还可以作为电池材料的负极和正极原料。
比如，多孔碳材料可以用作锂离子电池的负极材料，因其表面积大、导电性好，可提高电池的能量密度和循环寿命。
3.3 环境保护多孔材料可以用于环境保护领域的废水处理和二氧化碳捕获与转化。
例如，金属有机骨架材料可以用于废水处理，具有高效吸附多种有机物和重金属离子的功能。
同时，多孔材料可以用于二氧化碳捕获和转化，以解决气候变化和能源危机等问题。
3.4 生物医学多孔材料在生物医学领域也有广泛的应用。
例如，多孔陶瓷材料可以用于人工骨骼修复；多孔生物可降解聚合物可以作为人工血管等医学器械的基材；外科义肢的制作也可以使用多孔材料。
4.总结多孔材料作为一种有着特殊物理化学性质的材料，在能源、环保和生物医学等领域有着广泛的应用。
多孔吸声材料原理
（7）空腔共振吸声结构
空腔共振吸声结构由封闭的空腔和较小的武器所组成，它有很 强的频率选择性，在其共振频率附近，吸声系数较大，而对离共 振频率较远的声波吸收和很小。 淮海工学院 土木工程系
11.2.3
隔声材料
主要起隔绝声音作用的材料。主要用于外墙、门窗、隔墙、 隔断等。
隔声类型：隔绝空气声 隔绝固体声 原理截然不同，隔声与材料、建筑结构有密切的关系。
d
可见，材料导热系数A的物理意义是，厚度为lm的材料， 当温度差为1K时，在ls内通过1m’面积的热量。材料的导热系数 愈小，表示其绝热性能愈好。
淮海工学院 土木工程系
Q d R A(T T ) 1 2
11.1.1.3
影响导热系数的因素
1、物质构成 2、微观结构 3、孔隙构造 4、湿度 5、温度 6、热流方向
（1）空气声的隔绝
对于空气声隔声，材料的体积密度越大，质量越大，隔声性 越好，因此应选用密实的材料作为隔声材料，如砖、泥凝土、钢 板等。如采用轻质材料或薄壁材料，需辅以多孔吸声材料或采用 夹层结构，如夹层玻璃就是一种很好的隔声材料。 淮海工学院 土木工程系
材料隔绝空气声的能力，可以用材料对声波的透射系 数或材料的隔声量来衡量。
0.80－0.60
0.60－0.40
0.40－0.20
淮海工学院
土木工程系
在建筑室内使用吸声材料后的降噪效果可以用现场 实测的混响时间来测量，或按下式计算降噪量：
T1 Lp 10 lg T2
淮海工学院
土木工程系
11.2.2
吸声材料及其构造
（1）多孔吸声材料
原理：声波进入材料内部互相贯通的孔隙，空气 分子受到摩擦和沾滞阻力，使空气产生振动，从而使 声能转化为机械能，最后因摩擦而转变为热能被吸收 。
(完整word版)多孔材料
无机新材料多孔材料学院：环境与化学工程学院班级：应用化学01班姓名：乔梦茹学号：41004010120多孔材料应用化学01班乔梦茹41004010120摘要：多孔材料可分为金属和非金属两大类,也可细分为多孔陶瓷材料、高分子多孔材料和多孔金属材料3 种不同的类型。
多孔金属材料又称为泡沫金属,作为结构材料,它具有密度小、孔隙率高、比表面积大等特点;作为功能材料,它具有多孔、减振、阻尼、吸音、隔音、散热、吸收冲击能、电磁屏蔽等多种性能。
而且,多孔金属材料往往兼有结构材料和功能材料的双重作用,是一类性能优异的多用途材料。
关键词：多孔材料微孔材料制备应用近年来,多孔金属材料已经在冶金、石油、化工、纺织、医药、酿造等国民经济部门以及国防军事等部门得到了广泛的应用。
在材料科学研究中,永不改变的话题是探索新材料。
人们注意到许多天然材料因其多孔的结构而具备优良的性能,因此,人们发展出了各种人造多孔材料。
作为材料科学研究中较年轻的一员,多孔材料迅速成为近年来国际科学界关注的热点之一。
1、多孔材料的分类多孔材料的重要特征是孔的种类和属性，具体包括孔道与窗口的大小尺寸和形状、孔道维数、孔道走向、孔壁组成等性质，可以按照不同标准来划分多孔材料的类型。
国际纯粹和应用化学协会（IUPAC）以孔径尺寸为标准将多孔材料定义为三类：微孔材料、介孔材料、大孔材料。
此外，多级孔材料（微孔-介孔、微孔-大孔、介孔-大孔）成为多孔材料研究的又一热点领域，是新一代材料的代表。
1、微孔材料：微孔材料按照其结构和组成的特点可以分为沸石分子筛，类分子筛空旷骨架材料以及金属-有机骨架化合物（MOF）。
a)沸石分子筛天然沸石是一类天然硅铝酸盐矿物，并且在灼烧时会产生气泡膨胀的类似沸腾的现象，因此将其定义为沸石。
二十世纪四十年代，以Barrer R.M.为首的沸石化学家成功模仿天然沸石的生成环境，在水热条件下加热碱和硅酸盐的水溶液，合成出来首批低硅铝比的沸石分子筛。
多孔材料的组织结构及其性能分析
多孔材料的组织结构及其性能分析多孔材料指的是具有大量孔隙结构的材料，常用于过滤、分离、催化等应用。
与传统实心材料相比，多孔材料具有更大的比表面积、更多的表面活性位点以及更好的物质传递性能。
因此，在石油化工、环境保护、生物医学等领域中得到了广泛应用。
本文将对多孔材料的组织结构及其性能进行分析。
一、多孔材料的组织结构多孔材料的孔隙可以分为三类：微孔、介孔和大孔。
微孔的直径小于2 nm，介孔的直径在2 nm到50 nm之间，大孔的直径大于50 nm。
多孔材料的结构可以分为颗粒、膜和泡沫材料等。
1. 颗粒材料颗粒材料通常具有规整的几何形状，最广泛使用的颗粒材料是活性炭和分子筛。
活性炭具有大量的微孔和少量的介孔结构，适用于吸附和催化等应用。
分子筛的孔隙大小和形状可以通过选择不同的合成方法、结构单元以及掺入外源物质等方法来调控，可以作为分离、催化以及反应媒介等方面的材料。
2. 膜材料膜材料是一种具有孔隙的薄膜结构，通常用于分离和催化等应用。
根据其厚度和孔隙尺寸的不同，可以分为纳米孔膜和微孔膜。
纳米孔膜通常具有直径在0.2nm到10 nm之间的孔隙，具有高分离度、高通量和高选择性等优点，可用于分离分子、分离气体和液体等。
微孔膜的孔隙直径更大，可用于过滤和分离大分子以及液体等。
3. 泡沫材料泡沫材料是一种具有疏松多孔的结构，可以通过快速固化法、发泡法以及烧结法等方法制备。
由于泡沫材料具有大量的孔隙和高度疏松的结构，具有低密度、高比表面积和良好的杨氏模量等优点，可用于催化、声学、隔音、吸附、过滤等领域。
二、多孔材料的性能分析多孔材料具有比实心材料更大的比表面积，更多的表面活性位点和更好的物质传递性能，因此具有许多优秀的性能。
下面将介绍多孔材料的吸附、分离和催化等性能。
1. 吸附性能多孔材料由于具有大量的孔隙和表面活性位点，可用于吸附气体和液体中的杂质。
催化剂、活性炭和分子筛等多孔材料被广泛应用于废水处理、气体净化、环境保护等领域。
多孔材料的结构与应用探索
多孔材料的结构与应用探索近年来，随着科学技术的不断发展与进步，多孔材料作为一种新型材料备受关注。
它的独特结构和应用潜力引发了科学家们的兴趣，并被广泛研究和应用于各个领域。
多孔材料是一种具有许多微小空隙或孔道的材料。
这些孔道可以是随机分布的，也可以是有序排列的。
多孔材料可以通过不同的制备方法得到，如溶胶-凝胶法、高温煅烧法等。
而其特殊的结构给予了多孔材料许多独特的性质和应用。
首先，多孔材料具有较大的比表面积。
由于其庞大的内部空隙，多孔材料的比表面积可以显著增加。
这一特点使得多孔材料在催化、吸附等领域中表现出良好的性能。
例如，多孔材料在催化反应中可以提供更多有效的反应位点，从而提高反应速率；在吸附应用中，则可以通过其较大的比表面积来提高吸附能力。
其次，多孔材料具有良好的气体分离性能。
由于其内部孔道的特殊结构，多孔材料对气体分子的选择性吸附具有一定的能力。
这一特性使多孔材料在气体分离领域得到广泛应用。
例如，多孔陶瓷材料可以通过调节孔径和孔道结构，实现对不同大小分子的选择性吸附和分离。
此外，多孔材料还具有优异的热稳定性和力学性能。
由于其具有丰富的内部孔道和较大的比表面积，多孔材料具有较好的热扩散和热散射性能，能够有效降低材料的热膨胀系数和热应力，提高材料的热稳定性。
同时，多孔材料也具有良好的吸能性能，能够吸收和分散来自外部的冲击和应力，提高材料的力学性能。
多孔材料的应用领域广泛。
在环境领域，多孔材料可以作为污水处理、气体吸附、废气净化等方面的重要材料；在能源领域，多孔材料可以作为储能材料、催化剂载体等方面的材料；在生物医药领域，多孔材料可以用于药物控释、组织工程、生物分离等方面的应用。
此外，多孔材料还可以应用于电子器件、储氢材料、光催化等领域。
总之，多孔材料的结构与应用是一个非常有意思的研究课题。
其独特的结构赋予了多孔材料各种独特的性质和应用，且在各个领域都具有广泛的应用前景。
随着科学技术的不断进步和发展，相信多孔材料的研究与应用将会有更多新的突破和发展。
材料科学中的功能多孔材料
材料科学中的功能多孔材料随着现代科技的发展，功能性材料的研究变得越来越重要。
在材料科学的领域中，多孔材料是一种十分重要的功能性材料，因其许多独特的物理化学特性而备受关注。
本文将着眼于材料科学中的功能多孔材料，谈谈其重要性以及其应用、制备过程等多方面的内容。
一、功能多孔材料的概念功能多孔材料是近年来材料科学的热门研究课题之一。
它是通过使材料中存在大量孔隙实现对材料的物理和化学性质的改变，从而在应用中显示出独特的性能。
多孔材料的孔隙通常可以分为纳米、微米和毫米的三种，但多孔材料性质的独特性主要来自于晶胞内的孔洞和孔道。
二、功能多孔材料的重要性人们研究功能多孔材料的原因之一在于其在吸附分离、分子筛、催化剂等领域中有着广泛的应用。
以吸附分离为例，利用多孔材料的特殊结构，它们可以高效地吸附并分离目标化合物。
另外，功能多孔材料还可以用来储存气体、改善材料的表面性质、以及用作生物材料等方面，使得多孔材料在研发新型材料方面的角色日益重要。
三、功能多孔材料的制备为了制备功能多孔材料，通常需要通过塑料成型、沉积、溶胶凝胶和各种加工和成型技术等不同的方法来实现。
不同的材料制备方法会产生不同的多孔材料结构，从而影响材料的各种属性。
例如，基于明胶的多孔材料制备方法可以形成具有广泛孔尺寸分布的多孔结构，适合于各种化学品的吸附和分离，而其它制备方法则有助于形成不同的孔隙结构，例如无定形或层级的孔结构。
因此，制备出具有理想多孔结构的多孔材料并不是一项简单的任务。
四、应用前景展望未来，功能多孔材料将在多个领域中发挥重要作用, 特别是在环境保护、生医领域上。
例如，利用功能多孔材料可高效净化水体，以解决全球水污染、水资源短缺等问题; 在生医领域里，功能多孔材料可以用于各种医疗器械，以实现更高效治疗效果。
这些都是功能多孔材料未来的应用前景，印证了多孔材料在现代科技中独特的地位。
结论总而言之，功能多孔材料在材料科学中扮演着重要的角色。
通过多孔材料的独特物理化学特性，功能多孔材料为吸附分离、分子筛、催化剂等领域提供了普适而重要的工业应用。
多孔材料概述
多孔材料多孔材料是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料，孔洞的边界或表面由支柱或平板构成。
典型的孔结构有：一种是由大量多边形孔在平面上聚集形成的二维结构；由于其形状类似于蜂房的六边形结构而被称为“蜂窝”材料；更为普遍的是由大量多面体形状的孔洞在空间聚集形成的三维结构,通常称之为“泡沫”材料。
如果构成孔洞的固体只存在于孔洞的边界（即孔洞之间是相通的），则称为开孔；如果孔洞表面也是实心的，即每个孔洞与周围孔洞完全隔开，则称为闭孔；而有些孔洞则是半开孔半闭孔的。
由于多孔材料具有相对密度低、比强度高、比表面积高、重量轻、隔音、隔热、渗透性好等优点,其应用范围远远超过单一功能的材料,而在航空、航天、化工、建材、冶金、原子能、石化、机械、医药和环保等诸多领域具有广泛的应用前景。
泡沫材料，简称多孔材料或泡沫材料。
总之，目前没有一个统一、严格、公认的定义。
多数学者将多孔材料和泡沫材料视为等同概念。
多孔材料在自然界中普遍存在如木材、软木、海绵和珊瑚等（“cellulose ”这个词就来源于意为“充满小孔的”拉丁小词“cellula”）。
千百年来，这些天然的多孔材料被人们广泛利用。
在多年前的古埃及金字塔中就已经使用了木制建材在罗马时代软木就被用作酒瓶的瓶塞。
近代人们开始自己制造多孔材料，其中最简单的是由大量相似的棱形孔洞组成的蜂窝状材料，可用作轻质构件。
更常见的是高分子泡沫材料，其用途广泛，可用于小到随处可见的咖啡杯，大到飞机坐舱的减震垫。
现代技术的发展使得金属、陶瓷、玻璃等材料也能像聚合物那样发泡。
这些新型泡沫材料正逐渐地被用作绝缘、缓冲、吸收冲击能量的材料，从而发挥了其由多孔结构决定的独特的综合性能。
2.多孔材料的分类长相岂具有独捋光学性质金属多孔材料•'粉末烧结参孔材料金属纤维毡:孔陳度送酬黑以上，全为贯適孔复合金属丝网材料「:劭直径长管 按化学成金无机雾孔材料* 非金属參孔材料 空间有序參孔金属材料”陶瓷寥孔材料硅气凝胶务孔材料料连孔化合物包裹式i 礼材料:如册迤鋪氷颗粒.多层自组装光子晶体；周期注參孔齐电结构，孔径与光的波生物材料＜ 按孔径尺寸 有机參孔材料 动物骨骼珊瑚,海绵等非生物有机多孔材料夯孔迦卫气孔轻玄50CM开孔型橡胶塑料多孔材料仅口泡秣塑料）宕孔孔径卷500^4。
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一般说来，材料的孔径小，则气体的渗透性差而选择 透过性好；材料的孔径大，则气体的渗透性好而选择透过 性差。介孔材料两方面性能都好，因而受到广泛重视。
O
Si
O
O
O
SiO44- (单聚正硅酸根 )
从 O － Si 连 线投影， 得到平面 图形，中心是 Si 和一个 O 的重叠， 则单聚正硅酸根可表示如右图：
焦硅酸根 Si2O76二聚硅酸根
硅氧四面体共用两个顶点，可连接成长链 ：
通式 [ Si n O 3n + 1 ] ( 2n + 2 ) 这种链状硅酸根之间，通过阳离子相互结合成束，即 成纤维状硅酸盐，如石棉。
于氧原子组成的四面体的包围之中，这些四面体又通过氧
桥连接成不同的骨架结构。来自沸石分子筛具有如下特点：
➢ 在分子筛骨架结构中形成许多有规则的孔道和空腔， 这些孔道和空腔在分子筛形成过程中充满着水分子和一 些阳离子，其中水分子可以通过加热脱除，形成有规则 的孔道和空腔结构骨架，通道的尺寸大到足够允许客体 分子通过，而阳离子则定位在孔道或空腔中一定位置上。
2. 微孔材料
1）微孔材料的结构及特点 微孔材料多为沸石分子筛，其骨架元素是硅、铝(称为
骨架硅、铝)及与其配位的氧原子，也可以用磷、镓、锗、 钒、钛、铬和铁等元素取代或部分取代骨架硅或铝，而形 成一些杂原子型分子筛。
通常在讨论分子筛时，除非特别指明骨架元素外，一 般均指硅铝分子筛。
分子筛
• 1932年，McBain提出了“分子筛”的概念。分子筛是指 具有均匀的微孔，其孔径与一般分子大小相当的一类物质 。分子筛的应用非常广泛，可以作高效干燥剂、选择性吸 附剂、催化剂、离子交换剂等。
➢ 在孔道和空腔中的阳离子是可以交换的，经阳离子 交换后，可以使分子筛的催化及吸附性能产生较大的变 化，例如A型分子筛骨架中的钠离子可以被K+、Ca2+所 交换。不同离子交换后的A型分子筛的吸附有效孔径会 发生变化；用稀土离子交换后的Y型分子筛具有很好的 催化反应活性。
2）微孔材料的合成及机理
a）分子筛的合成 传统的分子筛合成是以水玻璃和偏铝酸钠为原理制备
石棉
硅氧四面体共用两 个顶点，形成环状阴 离子结构 ：如绿柱石 Be3Al2(SiO3)6
SiO44- 共三个顶点相联，可形成片状（层状）结构，层 与层之间通过阳离子约束，得片层状硅酸盐。
如云母 KMg3 ( OH )2 Si3 AlO10
金云母
SiO44- 共用四个顶点，结成三维网络状结构，如沸石类。 沸石有微孔，有笼，有吸附性。孔道规格均一。
• 常用分子筛为结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐，是由硅氧四面 体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成分子尺寸大小（通 常为0.3~2 nm）的孔道和空腔体系，因吸附分子大小和 形状不同而具有筛分大小不同的流体分子的能力。
硅酸盐结构
硅酸盐结构的图示法
硅酸盐种类极多，其结构可分为链状、片状和三维网络
状，但其基本结构单元都是硅氧四面体。
第十一章 多孔材料
1.多孔材料及分类 2.微孔材料 3.介孔材料 4.大孔材料 5.多孔材料的应用
1. 多孔材料及分类
国际纯化学及应用化学联合会按孔径的大小对多孔材料 进行了分类：
微孔 (孔径 < 2 nm)； 介孔 (孔径 2~50 nm)； 大孔 (孔径 > 50 nm)。
多孔材料是当前材料科学中发展较为迅速的一种材料， 特别是孔径在纳米级的多孔材料，具有许多独特的性质和 较强的应用性，引起了科学界及工商界的重视。美国能源 部曾为用于选择透过膜分离技术的多孔材料研究提供了巨 额资助。
硅铝分子筛，其基本化学过程为
成胶：一定比例的NaAlO2和Na2SiO3在有相当高的pH 值的水溶液中形成碱性硅铝凝胶。
晶化：在适当的温度下及相应饱和水蒸气压力下，处 于过饱和态的硅铝凝胶转化为结晶。不同类型的分子筛的 合成方法如下图所示。
近年来，由于技术的发展，分子筛的合成由传统的水
玻璃和偏铝酸钠为原料向以天然的黏土为原料，在碱性条 件下直接水热合成分子筛的方向发展，比较成功的是以高 岭土为原料合成A型和Y型分子筛。
沸石(Zeolites)的组成和结构 沸石是一类最重要的分子筛，其骨架由顶角相连的 SiO4
和 AlO4 四面体组成 .
分子筛的功能和用途 离子交换功能 吸附功能 分离功能 催化功能
A型沸石的结构骨架
构成硅铝沸石分子筛骨架的最基本结构单元是硅氧四
面体(SiO4)和铝氧四面体(AlO4)，在磷酸铝分子筛中，则为 磷氧四面体(PO4)。在这些四面体中，硅、铝和磷都以高价 氧化态的形式出现，采取SP3杂化轨道与氧原子成键。由 于硅或铝的原子半径比氧原子半径小得多，因此，它们处
在以高岭土为原料时，首先必须将高岭土活化，即在 750~900oC条件下灼烧脱水形成偏高岭土。偏高岭土在一定 的碱性和硅铝比的条件下，于100~150oC水热处理4～6h， 即可得到晶体结构不同的A型分子筛；Y型分子筛则反应条 件比较苛刻，硅铝比也要以高模数的水玻璃配制。
以高岭土为原料制备分子筛的优点是高岭土的硅铝比和 A型分子筛的硅铝比相近，因此分子筛的硅源和铝源可以由 同一种天然黏土矿提供，可以避免使用纯度高的单组分原 料，降低了生产成本，提高了黏土矿的应用领域和产品的 价值。
1993年，美国一个多孔材料研究工作组曾确立了以下10 个方面作为多孔材料在工业生产上的可能应用：a. 高效气 体分离膜； b. 化学过程的催化膜；c. 高速电子系统的衬底 材料；d. 光学通讯材料的先驱体；e. 高效隔热材料； f. 燃 料 电池 的 多 孔电 极 ； g. 电 池 的 分离 介 质 和电 极 ； h. 燃料(包括天然气和氢气)的存储介质；i. 环境净化的选择 吸收剂；j. 可重复使用的特殊过滤装置。
根据孔径的大小，可筛选分子，称沸石分子筛。
由于沸石分子筛的孔道一致，故对分子的选择性强，不同于 活性炭，见下图的对比。
吸附量
吸附量
活性炭
分子半径
沸石分子筛
分子半径
石油工业上广泛使用沸石分子筛做催化剂或催化剂载体。
硅铝分子筛 (Molecular sieves)
A型沸石 Na2O ·Al2O3·2SiO2·5H2O